JP5006447B2 - Printed circuit board having multi-plane antenna and method for constructing the same - Google Patents
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Description
本出願は、「多平面アンテナをもつプリント回路基板およびその構成方法(PRINTED CIRCUIT BOARDS WITH MULTI−PLANE ANTENNAS AND METHODS FOR CONFIGURING THE SAME)」と題する2007年7月24日出願の米国特許仮出願第60/951,603号の利益および優先権を主張し、その記載内容のすべてを、ここに援用する。 US Patent Provisional Application No. 60, filed on Jul. 24, 2007 entitled "Printed Circuit Boards WITH MULTI-PLANE ANTENNAS AND METHODS FOR CONFIGURING THE SAME". / 951,603 claims the benefit and priority, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
本発明は、通信分野に関し、より詳しくは、アンテナおよびそれを組み込んだ無線端末に関する。 The present invention relates to the field of communications, and more particularly to an antenna and a wireless terminal incorporating the antenna.
無線端末のサイズは小さくなってきており、多くの最新の無線端末の長さは11センチメートル未満である。これに応じて、無線端末用の内部搭載アンテナに利用できる小さいアンテナへの関心が高まっている。例えば、無線端末などの用途においては、小さい形状が要因となり、狭い空間が要求されることからGPS、ブルートゥースなどのアンテナの配置が課題として提起されている。 The size of wireless terminals is getting smaller and the length of many modern wireless terminals is less than 11 centimeters. Accordingly, there is a growing interest in small antennas that can be used as internal antennas for wireless terminals. For example, in applications such as wireless terminals, the arrangement of antennas such as GPS and Bluetooth has been raised as a problem because a small space is required due to a small shape.
例えば、逆F型平面アンテナは、無線端末、特に小型化が進む無線端末の範囲内での使用に適切である。一般に、従来の逆F型アンテナは、接地面と相隔たった関係を維持する導電性の要素を含む。例となる逆F型アンテナは、その記載内容の全てを、ここに援用する米国特許第6,538,604号および第6,380,905号に記載されている。 For example, an inverted F-type planar antenna is suitable for use within a radio terminal, particularly a radio terminal that is becoming smaller. In general, conventional inverted-F antennas include conductive elements that maintain a spaced relationship with the ground plane. Exemplary inverted F-type antennas are described in U.S. Patent Nos. 6,538,604 and 6,380,905, all of which are incorporated herein.
本発明のいくつかの実施形態は、表面および背面を有する基板上の多平面アンテナを提供する。複数のスルーホールは、基板を通じて基板の表面および背面の間に延びる。第1のアンテナ構成要素は、基板の表面上にあり、第2のアンテナ構成要素は、基板の背面上にある。導電性ビアは、基板上に多平面アンテナを規定するために、スルーホールのうち、第1のアンテナ構成要素および第2のアンテナ構成要素を電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる。基板は、プリント回路基板(PCB:printed circuit board)とするができる。 Some embodiments of the present invention provide a multiplanar antenna on a substrate having a front surface and a back surface. The plurality of through holes extend between the front surface and the back surface of the substrate through the substrate. The first antenna component is on the surface of the substrate and the second antenna component is on the back surface of the substrate. Conductive vias extend through selected through-holes that electrically connect the first and second antenna components of the through-holes to define a multiplanar antenna on the substrate. The substrate can be a printed circuit board (PCB).
さらなる実施形態において、第1のアンテナ構成要素は、PCBの表面上における複数のアンテナ構成要素であり、第2のアンテナ構成要素は、PCBの背面上における複数のアンテナ構成要素である。導電性ビアは、スルーホールのうち、第1および第2のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアであり、PCB上に多平面アンテナを規定する。未使用の導電性ビアは、アンテナ構成要素のいずれとも結合しない複数のスルーホールを通じて延びることができ、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される。 In a further embodiment, the first antenna component is a plurality of antenna components on the surface of the PCB, and the second antenna component is a plurality of antenna components on the back surface of the PCB. Conductive vias are a plurality of conductive vias that extend through selected through holes that electrically connect each of the first and second antenna components of the through holes and define a multiplanar antenna on the PCB. To do. Unused conductive vias can extend through a plurality of through holes that do not couple to any of the antenna components, and these unused conductive vias are arranged for use in other multi-planar antenna configurations.
他の実施形態において、多平面アンテナは、平面逆F型アンテナ(PIFA:planar inverted F antenna)、モノポールアンテナおよび/またはダイポールアンテナである。多平面アンテナは、メアンダアンテナおよび/またはスパイラルアンテナとすることができる。アンテナ構成要素は、標準サイズの部品とすることができ、スルーホールの間隔は、標準サイズに対応することができる。標準サイズは、例えば、0201、0402、0603および/または0804とすることができる。アンテナ構成要素は、ゼロオーム抵抗、コンデンサおよび/または能動部品とすることができる。アンテナは、1.575GHzのGPSアンテナおよび/またはブルートゥースアンテナとすることができる。 In other embodiments, the multi-planar antenna is a planar inverted F antenna (PIFA), monopole antenna and / or dipole antenna. The multi-planar antenna can be a meander antenna and / or a spiral antenna. The antenna component can be a standard size component and the spacing between the through holes can correspond to the standard size. The standard size can be, for example, 0201, 0402, 0603 and / or 0804. The antenna component may be a zero ohm resistor, a capacitor and / or an active component. The antenna may be a 1.575 GHz GPS antenna and / or a Bluetooth antenna.
さらなる実施形態において、基板は、第3の平面を規定する面を含み、アンテナは、基板の表面および/または背面から第3の平面に延びる、さらに複数のスルーホール;第3の平面上における第3のアンテナ構成要素;および基板上に多平面アンテナを規定するために、さらに複数のスルーホールのうち、第1および/または第2のアンテナ構成要素を第3のアンテナ構成要素に電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビア をさらに含む。第1のアンテナ構成要素および/または第2のアンテナ構成要素は、基板上のトレースパターンであってもよく、アンテナは、複数のスルーホールのうち、導電性ビアが通っていないスルーホールの間に延びる、基板の表面および/または背面上の付加的なトレースパターンをさらに含んでもよい。付加的なトレースパターンは、多平面アンテナを規定するためには用いられない。 In a further embodiment, the substrate includes a surface defining a third plane, and the antenna further includes a plurality of through holes extending from the front surface and / or back surface of the substrate to the third plane; Three antenna components; and a first and / or second antenna component of the plurality of through holes further electrically connected to the third antenna component to define a multi-planar antenna on the substrate A conductive via extending through the selected through hole. The first antenna component and / or the second antenna component may be a trace pattern on the substrate, and the antenna is between through holes that do not pass through conductive vias among the plurality of through holes. It may further include additional trace patterns on the surface and / or back of the substrate that extend. Additional trace patterns are not used to define multi-planar antennas.
他の実施形態において、多平面アンテナは、同等性能の単一平面アンテナの全アンテナ長より短い全アンテナ要素長を有する。アンテナは、基板の表面または背面上に、多平面アンテナに隣接して配置された接地面をさらに含むことができる。上述の1つまたはそれ以上の実施形態における多平面アンテナを含んだ携帯端末は、PCBの表面および/または背面上に形成された無線通信回路をさらに含む。 In other embodiments, the multiplanar antenna has a total antenna element length that is shorter than the total antenna length of a single plane antenna of equivalent performance. The antenna may further include a ground plane disposed adjacent to the multiplanar antenna on the front or back surface of the substrate. The portable terminal including the multi-plane antenna in one or more embodiments described above further includes a wireless communication circuit formed on the front surface and / or back surface of the PCB.
さらに他の実施形態において、ポータブルな筺体、および筺体中に搭載されたプリント回路基板(PCB)を含む携帯端末が提供される。PCBは、該PCBを通じて該PCBの表面および背面の間に延びる複数のスルーホールを含む。無線通信回路は、PCBの表面および/または背面上に形成される。筺体中の多平面アンテナは、動作可能なように無線通信回路の受信器および/または送信器に連結される。多平面アンテナは、PCBの表面上における第1のアンテナ構成要素、およびPCBの背面上における第2のアンテナ構成要素を含む。導電性ビアは、PCB上に多平面アンテナを規定するために、スルーホールのうち選択されたスルーホールを通じて延び、第1のアンテナ構成要素および第2のアンテナ構成要素を電気的に接続する。 In yet another embodiment, a portable terminal is provided that includes a portable housing and a printed circuit board (PCB) mounted in the housing. The PCB includes a plurality of through holes that extend between the front and back surfaces of the PCB through the PCB. The wireless communication circuit is formed on the front surface and / or back surface of the PCB. The multi-planar antenna in the housing is operably coupled to a receiver and / or transmitter of the wireless communication circuit. The multi-planar antenna includes a first antenna component on the surface of the PCB and a second antenna component on the back surface of the PCB. The conductive via extends through a selected through hole of the through holes to electrically connect the first antenna component and the second antenna component to define a multiplanar antenna on the PCB.
他の実施形態においては、複数のアンテナ構成要素が、PCBの表面および背面上に提供され、スルーホールのうち選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアが、第1および第2のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続して、PCB上に多平面アンテナを規定する。未使用の導電性ビアは、複数のスルーホールのうちアンテナ構成要素のいずれとも結合しないスルーホールを通じて延びることができ、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される。 In other embodiments, a plurality of antenna components are provided on the front and back surfaces of the PCB, and a plurality of conductive vias extending through selected through-holes of the through-holes are provided for the first and second antenna configurations. Each of the elements is electrically connected to define a multiplanar antenna on the PCB. Unused conductive vias can extend through through holes that do not couple to any of the antenna components of the plurality of through holes, and these unused conductive vias are for use in other multi-planar antenna configurations. Be placed.
さらなる実施形態において、多平面アンテナの構成方法は、表面および背面を有する基板、基板上の選択された位置において、基板を通じて表面から背面まで延びる複数のスルーホール、および複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを提供することを含む。複数のアンテナ構成要素が選択される。選択された複数のアンテナ構成要素の各々を搭載するために、表面または背面のいずれかが選択される。アンテナ構成要素のそれぞれに結合すべき導電性ビアの対が選択される。アンテナ構成要素のそれぞれは、基板の対応する選択された面上における、導電性ビアの対応する対の間で電気的に接続されて、多平面アンテナを形成する。 In a further embodiment, a method for constructing a multi-plane antenna includes a substrate having a front surface and a back surface, a plurality of through holes extending from the surface to the back surface through the substrate at selected locations on the substrate, and a conductive property extending through the plurality of through holes. Including providing vias. Multiple antenna components are selected. Either the front side or the back side is selected for mounting each of the selected plurality of antenna components. A pair of conductive vias to be coupled to each of the antenna components is selected. Each of the antenna components is electrically connected between a corresponding pair of conductive vias on a corresponding selected surface of the substrate to form a multiplanar antenna.
他の実施形態において、基板を提供することは、基板上の選択された位置において、基板を通じて表面から背面まで延びる複数のスルーホールを形成すること、および複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを形成することを含む。表面または背面のいずれかを選択することは、複数のアンテナ構成要素の一部のために表面を選択すること、および複数のアンテナ構成要素の残りのために背面を選択することを含むとよい。 In another embodiment, providing a substrate forms a plurality of through holes extending from the surface to the back through the substrate and a conductive via extending through the plurality of through holes at selected locations on the substrate. Including doing. Selecting either the front surface or the back surface may include selecting a surface for a portion of the plurality of antenna components and selecting a back surface for the remainder of the plurality of antenna components.
以下、本発明の実施の形態が示される添付図面を参照して本発明を詳細に記載する。しかしながら、本発明は、多くの異なった形態で実現でき、本明細書に示される実施形態に限定されると解釈すべきではない;むしろ本開示が詳細かつ完全なものとなり、本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、これらの実施形態が提示される。全体を通じて、同様の番号は同様の要素を指す。本明細書では、用語「および/または」は、関連するリスト項目の1つまたはそれ以上の任意かつすべての組み合わせを含む。 The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which embodiments of the invention are shown. This invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; rather, the disclosure is detailed and complete and the scope of the invention is These embodiments are presented so that this may be well understood by those of ordinary skill in the art. Like numbers refer to like elements throughout. As used herein, the term “and / or” includes any and all combinations of one or more of the associated list items.
本明細書に用いる用語法は、特定の実施形態のみを記載するためのものであり、本発明を限定することは意図していない。本明細書において、単数形「ひとつの(a)」、「ひとつの(an)」および「該、前記(the)」は、文脈に明確に別の指示がない限り、複数形も同様に含むことを意図している。さらに当然のことながら、用語「備える」および/または「備えている」は、本明細書に用いるとき、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素および/または構成要素の存在を特定するが、しかし1つまたはそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および/またはそれらの群の存在または追加を妨げるものではない。同じく当然のことながら、第1の、第2のなどの用語は、本明細書で様々な要素を記載するために用いることができるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、1つの要素をまた別の要素から区別するためにのみ用いられる。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular forms “a”, “an” and “the” include the plural unless the context clearly dictates otherwise. Is intended. Further, it will be appreciated that the terms “comprising” and / or “comprising”, as used herein, specify the presence of the described feature, integer, step, operation, element, and / or component. However, it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and / or groups thereof. It will also be appreciated that the terms first, second, etc. can be used herein to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. Absent. These terms are only used to distinguish one element from another.
別に定義されなければ、本明細書に用いる(技術的および科学的用語を含む)すべての用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味をもつ。さらに当然のことながら、よく利用される辞書に定義されるような用語は、当分野および本明細書の文脈におけるそれらの意味と一致する意味をもつと解釈すべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、観念的またはあまりに形式的な意味に解釈されることはない。 Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Furthermore, it should be understood that terms as defined in commonly used dictionaries should be construed as having a meaning consistent with their meaning in the art and the context of this specification, and are clearly defined herein. Unless so defined, it is not interpreted in an ideal or too formal sense.
本明細書にさらに記載されるように、本発明のいくつかの実施形態は、プリント回路基板(PCB)上の平面逆F型アンテナ(PIFA)、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナおよび/または同様のものを実装する。いくつかの実施形態では、PCB上の少なくとも2つの層/面(底部および上部)を利用するためにビアホールが用いられ、PCBの厚さを利用することによってアンテナ長が得られる。いくつかの実施形態では、0201、0402などのような標準サイズの部品(例えば、ゼロオーム抵抗など)をビアホール間に配置し、別の基板の作製を行う必要なしにアンテナ長を調整することができる。かくして、いくつかの実施形態では、PCBの生産後に構成要素を追加および/または除去することができ、PCBの再作製を行う必要なしに、例えば、アンテナの微調整および/またはアンテナの設計一式の変更を行うことができる。 As described further herein, some embodiments of the present invention may include a planar inverted-F antenna (PIFA), a monopole antenna, a dipole antenna, and / or the like on a printed circuit board (PCB). Is implemented. In some embodiments, via holes are used to utilize at least two layers / surfaces (bottom and top) on the PCB, and antenna length is obtained by utilizing the thickness of the PCB. In some embodiments, standard sized components such as 0201, 0402, etc. (eg, zero ohm resistor, etc.) can be placed between via holes to adjust the antenna length without having to make another substrate. . Thus, in some embodiments, components can be added and / or removed after the PCB is produced, without the need to recreate the PCB, for example, antenna tuning and / or complete antenna design Changes can be made.
いくつかの実施形態においては、メアンダライン設計に加えて(ヘリカルアンテナのような)他の幾何学的形状がPCB上に実装される。このような実装は、例えば、無線端末におけるブルートゥースおよび/またはGPSアンテナに用いることができる。 In some embodiments, other geometric shapes (such as helical antennas) are implemented on the PCB in addition to the meander line design. Such an implementation can be used, for example, for Bluetooth and / or GPS antennas in wireless terminals.
以下、添付図を参照して本発明の様々な実施形態を記載する。本発明を説明するために例示される実施形態は、2層基板に基づく。シミュレーションのためにジーランド(Zealand)IE3D電磁気2.5Dシミュレーターが用いられ、誘電体厚0.5mm、誘電率4.5、損失正接0.015および接地面サイズ50mm×100mmが仮定される。PCBは、0.5mmの厚さをもつと仮定される。加えて、例示されるすべての例に対して、1.575GHzのGPSアンテナのシミュレーションが行われる。しかし、当然のことながら、異なったアンテナ設計、異なった層/面数、異なったPCBサイズなどを、本発明のいくつかの実施形態によって提示することができ、本発明は、発明を説明するために本明細書に例示される、特定の例となる実施形態に限定されてはならない。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The illustrated embodiment for explaining the present invention is based on a two-layer substrate. A Zeeland IE3D electromagnetic 2.5D simulator is used for the simulation, assuming a dielectric thickness of 0.5 mm, a dielectric constant of 4.5, a loss tangent of 0.015 and a ground plane size of 50 mm × 100 mm. The PCB is assumed to have a thickness of 0.5 mm. In addition, for all the examples illustrated, a 1.575 GHz GPS antenna is simulated. However, it will be appreciated that different antenna designs, different layers / number of planes, different PCB sizes, etc. may be presented by some embodiments of the present invention, which is intended to illustrate the invention. Should not be limited to the specific example embodiments illustrated herein.
図1Aおよび1Bは、端から端までの長さ33mm、幅2mmの従来の1層PIFA110をもつPCB100を示す。図1に見られるように、PIFA110の最左端は、接地(GND)接続点112を含み、信号供給点で接地面120に重なって図示されるが、しかしそこからは分離されている。
1A and 1B show a
本発明のいくつかの実施形態によるビアをもつ2層/面のPIFA210が、図2Aおよび2Bに示される。注目すべきことに、図1Aおよび1Bに見られるのと同様のGPSアンテナへ適用する場合、図2A〜2Bの実施形態は、端から端までの長さが(アンテナの有効長を延ばすビアを含まずに)32mmである。図2A〜2Bに例示される実施形態にはPCBの厚さ0.5mmが用いられている。
A bilayer /
図2Aを参照すると、多平面アンテナ210は、図2Aの実施形態にPCB200として示される基板上に形成される。PCB200は、表面201および背面202を有する。以下に記載される表面および背面側のアンテナ構成要素の位置が分かりやすいように、PCB200、300、400、500、600が、単に参考として図2A〜6Aに点線で示されることに留意すべきである。同じく、図2A〜6Aを通じて同様に番号付けされた要素(例えば、200、300、400、500、600)は、本明細書に特に記載される場合を除いて実質的に同じである。アンテナ210は、表面201上のアンテナ構成要素210a、および背面202上のアンテナ構成要素210bを含む。アンテナ210のための接地点212も図示され、アンテナ210に隣接して接地面220が示される。
Referring to FIG. 2A,
PCB200は、PCB200を通じて表面201と背面202との間に延びる複数のスルーホール230をさらに含む。導電性ビア240は、スルーホール230のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素210a、210bを接続して、PCB200上に多平面アンテナ210を規定する。いくつかの実施形態では、ビア240の間のセグメントの長さを標準部品のサイズ、例えば、0201、0402、0603、0804および/または同様のものに対応するように選択することができ、入手しやすい標準サイズの部品、例えば、0オーム抵抗器および/またはコンデンサを用いて容易に構成/再構成することが可能になる。同様に、例えば、マルチバンドアンテナを実装するために、スイッチのような能動部品を用いることができる。従って、本明細書では説明のためにシングルバンドアンテナが記載されるが、マルチバンドアンテナも同様に提供することができ、いくつかの実施形態において、マルチバンドアンテナを提供する従来の手法は、本明細書に記載されるPCB上の多層/平面アンテナを用いてより容易に実施することができる。
The
図3A〜3Bは、PCB300上における従来の1層メアンダレイアウトアンテナ310を示し、端から端までの長さは、図1Aの例の33mmから28mmに低減されている。図3Aには、接地点312および接地面320も示される。
3A-3B show a conventional single layer
図4A〜4Bは、本発明のいくつかの実施形態によるビアを用いた多層/面メアンダレイアウトアンテナ410を図示し、図4Aは、0.5mmのPCB400上における2層設計を示す。図4Aのアンテナ410の実施形態は、端から端までの長さが25mmである。
4A-4B illustrate a multi-layer / plane meander layout antenna 410 with vias according to some embodiments of the present invention, and FIG. 4A illustrates a two-layer design on a 0.5
図4Aを参照すると、多平面アンテナ410は、図4Aの実施形態にPCB400として示される基板上に形成される。PCB400は、表面401および背面402を有する。アンテナ410は、表面401上のアンテナ構成要素410a、および背面402上のアンテナ構成要素410bを含む。アンテナ410のための接地点412も図示され、アンテナ410に隣接して接地面420が示される。
Referring to FIG. 4A, the multiplanar antenna 410 is formed on a substrate shown as
PCB400は、PCB400を通じて表面401および背面402の間に延びる複数のスルーホール430をさらに含む。導電性ビア440は、スルーホール430のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素410aおよび410bを接続して、PCB400上に多平面アンテナ410を規定する。図4Aのアンテナ410は、図2Aの多平面PIFA210とは対照的にメアンダアンテナ設計であり、本発明のいくつかの実施形態によって付与されるフレキシビリティを示す。
The
図5Aおよび5Bは、いくつかの実施形態によるビアを用いたさらなる多層/面メアンダレイアウトアンテナ510を図示し、図5Aは、0.5mmのPCB400上の2層設計を示す。図5Aのアンテナ510の実施形態は、端から端までの長さが23mmである。
FIGS. 5A and 5B illustrate a further multilayer / plane meander layout antenna 510 with vias according to some embodiments, and FIG. 5A shows a two-layer design on a 0.5
図5Aを参照すると、多平面アンテナ510は、図5Aの実施形態にPCB500として示される基板上に形成される。PCB500は、表面501および背面502を有する。アンテナ510は、表面501上のアンテナ構成要素510a、および背面502上のアンテナ構成要素510bを含む。アンテナ510のための接地点512も図示され、アンテナ510に隣接して接地面520が示される。
Referring to FIG. 5A, multi-planar antenna 510 is formed on a substrate shown as
PCB500は、PCB500を通じて表面501および背面502の間に延びる複数のスルーホール530をさらに含む。導電性ビア540は、スルーホール530のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素510a、510bを接続して、PCB500上に多平面アンテナ510を規定する。図5Aのアンテナ510は、図4Aの構成のバリエーションであるが、これも同じく、図2Aの多平面PIFA210とは対照的にメアンダアンテナ設計である。
The
図6Aおよび6Bは、本発明のいくつかの実施形態によるビアを用いて実装されたスパイラル(ヘリカル)アンテナ610を図示する。このように、本発明のいくつかの実施形態は、通常はPCBの平面の代わりにワイヤーで実装されるアンテナのタイプを、図6Aの実施形態に2平面として示す多平面アンテナによって置き換えることができる。 6A and 6B illustrate a spiral (helical) antenna 610 implemented using vias according to some embodiments of the present invention. Thus, some embodiments of the present invention can replace the type of antenna that is usually implemented with wires instead of the plane of the PCB with a multi-plane antenna shown as two planes in the embodiment of FIG. 6A. .
図5Aを参照すると、多平面アンテナ610は、図6Aの実施形態にPCB600として示される基板上に形成される。PCB600は、表面601および背面602を有する。アンテナ610は、表面601上のアンテナ構成要素610a、および背面602上のアンテナ構成要素610bを含む。アンテナ610のための接地点612も図示され、アンテナ610に隣接して接地面620が示される。
Referring to FIG. 5A, multi-plane antenna 610 is formed on a substrate shown as
PCB600は、PCB600を通じて表面601および背面602の間に延びる複数のスルーホール630をさらに含む。導電性ビア640は、スルーホール630のうち選択されたスルーホールを通じて延び、パターンにおけるアンテナ構成要素610aおよび610bを接続して、PCB600上に多平面アンテナ610を規定する。
The
図1A〜6Aのそれぞれのアンテナについて、アンテナ効率(AE)および放射効率(RE)を示すシミュレーション結果が図7に示される。例えば、図6Aのビアを用いたスパイラルのREに関するシミュレーションが参照番号700で図示される。図1Aの従来のPIFA(710)、図2Aの2層PIFA(720)、図3Aの従来の1層メアンダ(730)、図4Aの2層メアンダ(740)および図5Aの2層メアンダ(750)のREも示される。 Simulation results showing antenna efficiency (AE) and radiation efficiency (RE) for each of the antennas of FIGS. 1A-6A are shown in FIG. For example, a simulation for a spiral RE using the via of FIG. 1A conventional PIFA (710), FIG. 2A two-layer PIFA (720), FIG. 3A conventional one-layer meander (730), FIG. 4A two-layer meander (740), and FIG. 5A two-layer meander (750). ) RE is also shown.
本発明のさらなる実施形態が、図8A〜11Cに関連して記載される。より詳しくは、図8Aおよび8Bは、構成要素を付加していないPCB設計を示し、一方で図9A〜11Cは、図8Aおよび8Bと共通の基板フットプリントを用いてつくられた3つの異なった例となる実装を図示する。図8Aに見られるように、PCB800として示される基板は、3×4マトリックス状の複数の導電性ビア840を含む。図8Aではビアが3×4マトリックスとして均一な格子状に図示されるが、当然のことながら本発明は、かかる構成には限定されず、異なったビア配置および間隔を用いることができる。図8Bに見られるように、導電性ビア840は、(図8Aに示される)PCB800の表面から対向する背面まで延びるそれぞれのスルーホール830を通じて延びる。
Further embodiments of the present invention are described in connection with FIGS. More specifically, FIGS. 8A and 8B show a PCB design with no added components, while FIGS. 9A-11C show three different examples made using a common substrate footprint with FIGS. 8A and 8B. The following implementation is illustrated. As seen in FIG. 8A, the substrate shown as
それぞれの導電性ビア840は、縦方向の間隔Δ1、横方向の間隔Δ2および斜め方向の間隔Δ3で配置される。縦方向の間隔Δ1および横方向の間隔Δ2は、図8Aでは等しいとして示されるが、いくつかの実施形態では、縦対横のみならず行および/または列内で間隔が変化する導電性ビアの配置を実現することができる。いくつかの実施形態におけるビア間隔は、標準サイズの部品が使用できるように選択される。
The respective
図9A〜9Cに見られるように、いくつかの実施形態では、ビアによって実現される設計自由度を利用して、すべての構成要素を一方の面上に配置することができる。図9A〜9Cに見られるように、PCB900として示される基板は、そこを通じてPCB900の表面(図9A)から背面(図9B)まで延びる複数の導電性ビア940を含む。アンテナ950は、導電性ビア950のそれぞれにおいて電気的に接続された複数のアンテナ構成要素950a〜950kによって形成される。
As seen in FIGS. 9A-9C, in some embodiments, all the components can be placed on one side, taking advantage of the design freedom provided by the vias. As seen in FIGS. 9A-9C, the substrate shown as
図10A〜10Cは、本発明のいくつかの実施形態によるメアンダ設計の実装を示す。図10A〜10Cに見られるように、PCB1000として示される基板は、そこを通じてPCB1000の表面(図10A)から背面(図10B)まで延びる複数の導電性ビア1040を含む。アンテナ1050は、導電性ビア1050のそれぞれの間で、および導電性ビア1050を通じてPCB1000の対向面上におけるそれぞれの構成要素に、電気的に接続された複数のアンテナ構成要素1050a〜1050gによって形成される。
10A-10C illustrate a meander design implementation according to some embodiments of the present invention. As seen in FIGS. 10A-10C, the substrate shown as
図11A〜11Cは、本発明のいくつかの実施形態によるスパイラル設計の実装を示す。図11A〜11Cに見られるように、PCB1100として示される基板は、これを通じてPCB1100の表面(図11A)から背面(図11B)まで延びる複数の導電性ビア1140を含む。アンテナ1150は、導電性ビア1150のそれぞれの間で、および導電性ビア1050を通じてPCB1100の対向面上におけるそれぞれの構成要素に、電気的に接続された複数の表面アンテナ構成要素1150bおよび背面アンテナ構成要素1150aによって形成される。
11A-11C illustrate an implementation of a spiral design according to some embodiments of the present invention. As seen in FIGS. 11A-11C, the substrate shown as
図8A〜11Cの例はすべて、所定の位置に導電性ビアをもつPCBの設計、並びに構成要素の選択およびビアを経る構成要素の連結、によるアンテナの構成を用いるが、いくつかの実施形態では、PCBの面上にトレースパターンを形成することができ、次にPCBのそれぞれの面上における導電性トレースの末端間に、複数の開口のうち選択された開口を通じて、導電性ビアを形成することによってアンテナを実装することができる。 All of the examples of FIGS. 8A-11C use a PCB design with conductive vias in place, and the configuration of the antenna by component selection and connection of components through the vias, but in some embodiments Trace patterns can be formed on the surface of the PCB, and then conductive vias are formed between the ends of the conductive traces on each surface of the PCB through a selected one of the plurality of openings. The antenna can be mounted by.
例示された実施形態に見られるように、アンテナ要素の全長を、従来のメアンダ線および直線技術と比較してかなり低減することができる。シミュレーションで予測される放射効率は、ヘリカルアンテナが最も高いことが示される。いくつかの実施形態において、メアンダ線および/またはヘリカルGPSアンテナは、(0オーム抵抗器のような)0402または0201の部品を配置し、スルービアホールを活用してPCB上の異なった層を用いることによりチューニングすることができる。 As can be seen in the illustrated embodiment, the total length of the antenna element can be significantly reduced compared to conventional meander line and straight line techniques. The radiation efficiency predicted by the simulation shows that the helical antenna is the highest. In some embodiments, the meander line and / or helical GPS antenna places 0402 or 0201 components (such as 0 ohm resistors) and uses different layers on the PCB utilizing through via holes. Can be tuned.
次に図12を参照すると、本発明のいくつかの実施形態による携帯端末1200が記載される。携帯端末は、ポータブルな筺体1205、および筺体1205中に搭載されたプリント回路基板(PCB)1210を含む。PCB1210は、PCB1210を通じてPCB1210の表面1212および背面1214の間に延びる複数のスルーホール1216を含む。表面1212上に形成された無線通信回路1220が示されており、この回路1220は、PCB1210の背面上および/または表面上および背面に専ら形成することができる。例えば、いくつかの実施形態において、回路1220は、受信器並びに送信器、および/またはGPS受信器および/またはブルートゥース受信器を含んだ送受信器を含むことができる。
Referring now to FIG. 12, a mobile terminal 1200 according to some embodiments of the present invention will be described. The portable terminal includes a
多平面アンテナ1230は、筺体1205中に位置し、無線通信回路1220の受信器および/または送信器に動作可能なように連結される。多平面アンテナ1230は、PCB1205の表面上における第1のアンテナ構成要素1230a、およびPCB1210の背面上における第2のアンテナ構成要素1230b、並びにスルーホール1216のうち選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビア1240を含む。導電性ビア1240は、第1のアンテナ構成要素1230a、および第2のアンテナ構成要素1230bを電気的に接続し、PCB1210上に多平面アンテナ1230を規定する。当然のことながら、複数のアンテナ構成要素を、スルーホール1216のうち表面および背面アンテナ構成要素1230a、1230bのそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアと共に、PCB1210の表面上およびPCB1210の背面上に提供して、PCB1210上に多平面アンテナ1230を規定することができる。
本発明のいくつかの実施形態において、複数のスルーホールのうちあるものを通じて延びる導電性ビアには、アンテナ構成部分のいずれとも結合しないものもある。多平面アンテナは、例えば、平面逆F型アンテナ(PIFA)および/またはメアンダアンテナとすることができる。例えば、上述のように、アンテナは、1.575GHzのGPSアンテナとすることができる。加えて、アンテナ構成要素1230a、1230bは、標準サイズの部品とすることができ、スルーホール1216の間隔は、標準サイズに対応することができる。アンテナ構成要素1230a、1230bは、ゼロオーム抵抗、コンデンサおよび/または能動部品などとすることができる。
In some embodiments of the present invention, some conductive vias that extend through some of the plurality of through holes do not couple to any of the antenna components. The multi-plane antenna can be, for example, a planar inverted F-type antenna (PIFA) and / or a meander antenna. For example, as described above, the antenna can be a 1.575 GHz GPS antenna. In addition, the
以下、図13のフローチャートの説明を参照して、本発明のいくつかの実施形態による多平面アンテナの構成方法が記述される。図13の実施形態の操作は、表面および背面を有する基板、基板上の選択された位置において基板を通じて表面から背面まで延びる複数のスルーホール、および複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを提供することから始まる(ブロック1300)。ブロック1300の操作は、基板上の選択された位置において基板を通じる複数のスルーホールを形成すること、および該複数のスルーホールを通じて導電性ビアを形成することを含むことができる。基板は、例えば、プリント回路基板とすることができる。
Hereinafter, with reference to the description of the flowchart of FIG. 13, a method of configuring a multi-plane antenna according to some embodiments of the present invention will be described. The operation of the embodiment of FIG. 13 provides a substrate having a front surface and a back surface, a plurality of through holes extending from the surface to the back surface through the substrate at selected locations on the substrate, and conductive vias extending through the plurality of through holes. (Block 1300). The operation of
多平面アンテナの形成に用いる複数のアンテナ構成要素が選択される(ブロック1310)。例えば、アンテナ構成要素は、ゼロオーム抵抗、コンデンサ、および/またはスイッチのような能動部品とすることができる。アンテナ構成要素は、標準サイズの部品とすることができ、スルーホールの間隔は、0201、0402、0603、0804などのサイズの部品のように、標準サイズに対応することができる。 A plurality of antenna components for use in forming a multi-planar antenna are selected (block 1310). For example, the antenna component can be an active component such as a zero ohm resistor, a capacitor, and / or a switch. The antenna component can be a standard size component and the through-hole spacing can correspond to a standard size, such as a size component such as 0201, 0402, 0603, 0804.
基板の表面または背面のいずれかが、選択された複数のアンテナ構成要素の各々を搭載するために選択される(ブロック1320)。多数の異なった平面上の構成要素を含む実施形態の場合、複数のアンテナ構成要素の一部は表面に結合し、一方でアンテナ構成要素の残りはブロック1320で背面と結合する。
Either the front surface or the back surface of the substrate is selected for mounting each of the selected plurality of antenna components (block 1320). For embodiments that include a number of different planar components, some of the plurality of antenna components are coupled to the surface, while the remainder of the antenna components are coupled to the back side at
導電性ビアの対が、アンテナ構成要素のそれぞれと結合するように選択される(ブロック1330)。アンテナ構成要素のそれぞれは、基板の対応する選択された面上における、導電性ビアの対応する対の間で電気的に連結されて、多平面アンテナを形成する(ブロック1340)。多平面アンテナは、平面逆F型アンテナ(PIFA)、モノポールアンテナおよび/またはダイポールアンテナとすることができる。いくつかの実施形態において、多平面アンテナは、メアンダアンテナおよび/またはスパイラルアンテナである。例えば、いくつかの実施形態における多平面アンテナは、1.575GHzのGPSおよび/またはブルートゥースアンテナとすることができる。さらに当然のことながら、本発明のいくつかの実施形態において、複数の多平面アンテナを一つの基板上に形成することができる。 A pair of conductive vias is selected to couple with each of the antenna components (block 1330). Each of the antenna components is electrically coupled between a corresponding pair of conductive vias on a corresponding selected surface of the substrate to form a multiplanar antenna (block 1340). The multi-plane antenna can be a planar inverted F-type antenna (PIFA), a monopole antenna and / or a dipole antenna. In some embodiments, the multi-planar antenna is a meander antenna and / or a spiral antenna. For example, the multi-planar antenna in some embodiments may be a 1.575 GHz GPS and / or Bluetooth antenna. It will be further appreciated that in some embodiments of the present invention, multiple multiplanar antennas may be formed on a single substrate.
本明細書および図には、本発明を開示する実施形態が存在し、特定の用語が用いられているが、それらは限定のためではなく、一般的かつ記述的な意味においてのみ用いられており、本発明の範囲は、次の請求項に示される。 In the specification and figures, there are embodiments that disclose the invention and specific terminology is used, but is not intended to be limiting and is used in a general and descriptive sense only. The scope of the invention is set forth in the following claims.
Claims (9)
表面および背面を有する基板と、
前記基板を通じて、前記基板の前記表面および前記背面の間に延びる複数のスルーホールと、
前記基板の前記表面上における第1のアンテナ構成要素と、
前記基板の前記背面上における第2のアンテナ構成要素と、
前記基板上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第1のアンテナ構成要素および前記第2のアンテナ構成要素を電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビアと、を備え、
前記第1のアンテナ構成要素は、前記基板の前記表面上における複数のアンテナ構成要素を備え、前記第2のアンテナ構成要素は、前記基板の前記背面上における複数のアンテナ構成要素を備え、前記導電性ビアは、前記基板上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第1および第2のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアを備え、
前記複数のスルーホールのうち、前記アンテナ構成要素のいずれとも結合しないスルーホールを通じて延びる未使用の導電性ビアをさらに備え、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される、多平面アンテナ。A multi-plane antenna,
A substrate having a front surface and a back surface;
A plurality of through holes extending through the substrate between the front surface and the back surface of the substrate;
A first antenna component on the surface of the substrate;
A second antenna component on the back surface of the substrate;
Conductivity extending through selected through holes electrically connecting the first antenna component and the second antenna component of the through holes to define the multiplanar antenna on the substrate. With vias,
The first antenna component comprises a plurality of antenna components on the surface of the substrate, the second antenna component comprises a plurality of antenna components on the back surface of the substrate, and the conductive A plurality of vias extending through selected through holes that electrically connect each of the first and second antenna components of the through holes to define the multiplanar antenna on the substrate. With conductive vias
Among the plurality of through-holes, an unused conductive via extending through a through-hole that is not coupled to any of the antenna components is further included, and these unused conductive vias are used for the configuration of other multi-plane antennas A multi-planar antenna placed in
ポータブルな筺体と、
前記筺体に搭載されたプリント回路基板(PCB)であって、前記PCBを通じて前記PCBの表面および背面の間に延びる複数のスルーホールを含む前記PCBと、
前記PCBの前記表面上および前記背面上の少なくともいずれかに形成された無線通信回路と、
前記筺体中にあり、前記無線通信回路の受信器および送信器の少なくともいずれかに動作可能なように連結された多平面アンテナであって、
前記PCBの前記表面上における第1のアンテナ構成要素と、
前記PCBの前記背面上における第2のアンテナ構成要素と、
前記PCB上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第1のアンテナ構成要素および前記第2のアンテナ構成要素を電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる導電性ビアと、を備える前記多平面アンテナと、を備え、
前記第1のアンテナ構成要素は、前記PCBの前記表面上における複数のアンテナ構成要素を備え、前記第2のアンテナ構成要素は、前記PCBの前記背面上における複数のアンテナ構成要素を備え、前記導電性ビアは、前記PCB上に前記多平面アンテナを規定するために、前記スルーホールのうち、前記第1および第2のアンテナ構成要素のそれぞれを電気的に接続する選択されたスルーホールを通じて延びる複数の導電性ビアを備え、
前記複数のスルーホールのうち、前記アンテナ構成要素のいずれとも結合しないスルーホールを通じて延びる未使用の導電性ビアをさらに備え、これら未使用の導電性ビアは、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される、携帯端末。A mobile device,
A portable enclosure,
A printed circuit board (PCB) mounted on the housing, the PCB including a plurality of through holes extending between the front surface and the back surface of the PCB through the PCB;
A wireless communication circuit formed on at least one of the front surface and the back surface of the PCB;
A multi-plane antenna in the housing and operatively coupled to at least one of a receiver and a transmitter of the wireless communication circuit;
A first antenna component on the surface of the PCB;
A second antenna component on the back side of the PCB;
Conductivity extending through selected through holes electrically connecting the first antenna component and the second antenna component of the through holes to define the multiplanar antenna on the PCB. A multi-plane antenna comprising vias, and
The first antenna component comprises a plurality of antenna components on the surface of the PCB, the second antenna component comprises a plurality of antenna components on the back surface of the PCB, and the conductive A plurality of vias extending through selected through holes that electrically connect each of the first and second antenna components of the through holes to define the multiplanar antenna on the PCB. With conductive vias
Among the plurality of through-holes, an unused conductive via extending through a through-hole that is not coupled to any of the antenna components is further included, and these unused conductive vias are used for the configuration of other multi-plane antennas A mobile terminal placed in
表面および背面を有する基板、前記基板上の選択された位置において前記基板を通じて前記表面から前記背面まで延びる複数のスルーホール、および前記複数のスルーホールを通じて延びる導電性ビアを提供するステップと、
複数のアンテナ構成要素を選択するステップと、
前記選択された複数のアンテナ構成要素の各々を搭載するために、前記表面または前記背面のいずれかを選択するステップと、
前記アンテナ構成要素のそれぞれと結合すべき前記導電性ビアの対を選択するステップであって、前記複数のスルーホールのうち、前記アンテナ構成要素のいずれとも結合しないスルーホールを通じて延び、他の多平面アンテナの構成に用いるために配置される未使用の導電性ビアを他の前記導電性ビアから選択するステップと、
前記多平面アンテナを形成するために、前記基板の前記対応する選択された面上における導電性ビアの前記対応する対の間で、前記アンテナ構成要素の前記それぞれを電気的に結合するステップと、を備える方法。A method of constructing a multi-plane antenna,
Providing a substrate having a surface and a back surface, a plurality of through holes extending from the surface to the back surface through the substrate at selected locations on the substrate, and conductive vias extending through the plurality of through holes;
Selecting a plurality of antenna components;
Selecting either the front surface or the back surface for mounting each of the selected plurality of antenna components;
Selecting the pair of conductive vias to be coupled to each of the antenna components, the plurality of through holes extending through a through hole not coupled to any of the antenna components, and other multi-planes Selecting unused conductive vias from other said conductive vias arranged for use in antenna construction;
Electrically coupling each of the antenna components between the corresponding pair of conductive vias on the corresponding selected surface of the substrate to form the multiplanar antenna; A method comprising:
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